電子設(shè)備可靠性試驗性能測試遠程控制方法探析

楊威，杜愛華，司毅，劉玉石

（1.中國船舶重工集團公司第七二三研究所，揚州 225001；2.中國船舶工業(yè)電工電子設(shè)備環(huán)境與可靠性試驗檢測中心，揚州 225001)）

引言

可靠性試驗是分析、驗證與評價產(chǎn)品可靠性的一種手段。通過可靠性試驗，并對試驗結(jié)果進行統(tǒng)計處理，可以獲得受試產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下工作時真實的可靠性指標，如失效概率、可靠度、平均壽命等，為使用、生產(chǎn)、設(shè)計提供可靠性數(shù)據(jù)。同時，對試驗產(chǎn)品的失效分析，揭示產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)及其原因，制訂相應(yīng)的措施，達到提高產(chǎn)品可靠性的目的。

通常情況下，可靠性試驗剖面會設(shè)置典型環(huán)境條件下的測試點，隨著目前可靠性試驗時間的增加，性能測試愈發(fā)受到各方重視。測試時間長、測試手段單一都會影響可靠性試驗的進度與試驗質(zhì)量。某些測試環(huán)節(jié)需要打開試驗箱門，嚴重影響可靠性試驗的條件保證，因此電子設(shè)備可靠性試驗性能測試遠程控制十分重要，即在不開箱門的狀態(tài)下，通過試驗箱出線口在箱外完成全部性能的測試工作。

Keysight U1816X是由兩個單刀六擲開關(guān)組成的開關(guān)矩陣。它能夠在不改變物理連接的情況下，在多路信號間進行切換[1]。這使用戶能夠使用相同的設(shè)置執(zhí)行多次測試，無需頻繁連接與斷開線纜，因此經(jīng)常使用在多通道測試系統(tǒng)中。U1816X能夠?qū)崿F(xiàn)整個測試流程的自動化，提高多路信號測試時的吞吐量，縮短多個相同模塊測試時，切換模塊所需時間。KeySight官方提供的Coaxial Switches Software可用于遠程控制同軸開關(guān)切換通道，如圖1所示。但在其它測試系統(tǒng)中使用時需要頻繁調(diào)用該軟件，操作過程復(fù)雜且部分語言或開發(fā)環(huán)境下調(diào)用存在一定困難。針對以上問題，本文提出了在C++語言、C#語言及G語言(LabVIEW)下同軸開關(guān)的遠程控制方法。

1 C++語言下的控制方法

C++語言是C語言的改進與擴充，是一種面向?qū)ο蟮恼Z言。C++語言能夠適用于多種操作系統(tǒng)下軟件的開發(fā)，開發(fā)工作重用性、繼承性高，結(jié)合MFC類庫與VS開發(fā)環(huán)境能夠有效實現(xiàn)遠程控制、測試過程自動化等功能，搭建多種測試系統(tǒng)。

U1816X同軸開關(guān)通過后面板的USB B-4Pin型接口進行遠程控制。C++語言在Windows系統(tǒng)下需要調(diào)用Windows API與同軸開關(guān)進行通信[2]。步驟如下：

①調(diào)用HidD_GetHidGuid函數(shù)獲取當前所有可用設(shè)備的GUID，并保存至指向GUID類的指針中。這些設(shè)備的GUID中包含需要控制的U1816X同軸開關(guān)。

②獲取設(shè)備描述信息，調(diào)用SetupDiGet-ClassDevs函數(shù)，對步驟①列舉出的所有GUID執(zhí)行。該函數(shù)的Flags參數(shù)應(yīng)設(shè)置為DIGCF_PRESENT|DIGCF_INTERFACEDEVICE， 函數(shù)的返回值即為設(shè)備描述信息。當返回值為INVALID_HANDLE_VALUE時，獲取失敗，檢查U1816X連接是否正常。

③調(diào)用SetupDiEnumDeviceInterfaces函數(shù)，枚舉出步驟②中設(shè)備信息集合包含的全部接口，并保存至指向DEVICE_INTERFACE_DATA的指針。

④獲取上一步中接口的詳細信息，調(diào)用SetupDiGetDeviceInterfaceDetail函數(shù)。第一次調(diào)用時返回值為錯誤值，調(diào)用GetLastError函數(shù)能夠看到錯誤代碼。這是正?，F(xiàn)象，但這次調(diào)用能夠獲取設(shè)備緩存大小，用于向設(shè)備的緩沖區(qū)發(fā)送控制命令。

⑤再次調(diào)用SetupDiGetDeviceInterfaceDetail函數(shù)，獲取接口全部信息。獲取到的信息保存在函數(shù)調(diào)用時的第三個參數(shù)中。

⑥調(diào)用CreateFile函數(shù)，用上一步獲取的接口信息中包含的設(shè)備路徑創(chuàng)建通信連接，并得到同軸開關(guān)對應(yīng)的控制句柄。

⑦調(diào)用WriteFile函數(shù)向同軸開關(guān)發(fā)送控制指令，控制U1816X切換通道。

⑧斷開同軸開關(guān)連接時調(diào)用CloseHandle函數(shù)，將參數(shù)設(shè)置為同軸開關(guān)的控制句柄。調(diào)用后需要判斷返回值是否正常，確保同軸開關(guān)正常斷開連接。在步驟⑥中獲取到的設(shè)備控制句柄可以用同軸開關(guān)的VID和PID值判斷是否正確。調(diào)用HidD_GetAttributes函數(shù)，將參數(shù)設(shè)置為同軸開關(guān)控制句柄，即可獲取同軸開關(guān)的 VID和PID值。同軸開關(guān)的VID和PID正確值可以在設(shè)備管理器中查看。在設(shè)備管理器中找到同軸開關(guān)，右鍵“屬性”，在“詳細信息”選項卡的“屬性”一欄中選中“硬件Id”即可查看同軸開關(guān)的VID與PID。獲取方法如圖2所示。

2 C#語言下的控制方法

C#語言是由C語言和C++語言衍生出的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，它在C和C++原有功能的基礎(chǔ)上進一步擴展，并去除了部分復(fù)雜的處理過程，使編程效率進一步提高。C#語言結(jié)合.Net Framework運行庫能夠以簡單的代碼實現(xiàn)復(fù)雜的過程，因此迅速普及，成為當代主要編程語言之一。

圖1 U1816X官方控制軟件

C#在控制U1816X同軸開關(guān)時需要調(diào)用Windows API創(chuàng)建設(shè)備的控制句柄，但可以調(diào)用.Net的自帶函數(shù)獲取創(chuàng)建句柄需要的參數(shù)[3]；獲取控制句柄后，向同軸開關(guān)發(fā)送控制命令的方法也和C++不同。步驟如下：

①創(chuàng)建ManagementObjectCollection類的對象并調(diào)用構(gòu)造函數(shù)獲取即插即用設(shè)備集合，同軸開關(guān)使用USB控制，屬于即插即用設(shè)備，因此集合的元素中包含同軸開關(guān)。

②在集合中遍歷每個元素，通過元素的“Dependent”屬性查詢VID與PID值，與同軸開關(guān)的VID、PID比較，找到同軸開關(guān)對應(yīng)元素后，記錄下元素在集合中的位置。

③創(chuàng)建PnpEntityInfo類的對象，將④中查找到的元素屬性值賦予該對象。該對象記錄設(shè)備的Name、GUID、VID、PID等屬性。

④查詢PnpEntityInfo對象的Name屬性，獲取同軸開關(guān)的設(shè)備路徑與GUID，并將VID、PID值插入，生成DeviceName。需要注意的是，DeviceName中的VID等屬性需要按照順序排列，否則DeviceName無效。

⑤調(diào)用Windows API的CreateFile函數(shù)，通過上一步生成的DeviceName創(chuàng)建同軸開關(guān)的通信連接，并得到對應(yīng)的控制句柄。

⑥將同軸開關(guān)的控制句柄作為參數(shù)創(chuàng)建文件流，調(diào)用文件流的WriteFile函數(shù)即可向同軸開關(guān)發(fā)送控制指令，發(fā)送指令時需要采用中斷方式。

圖2 獲取U1816X的VID、PID

⑦斷開同軸開關(guān)連接時調(diào)用Windows API的CloseHandle函數(shù)，將參數(shù)設(shè)置為同軸開關(guān)的控制句柄，并判斷返回值確保同軸開關(guān)正確斷開連接。因為C#的代碼大部分屬于托管代碼，而Windows API的函數(shù)為非托管代碼，因此函數(shù)調(diào)用前需要預(yù)先聲明。聲明Windows API函數(shù)方法如圖3所示。

3 LabVIEW下的控制方法

LabVIEW是由美國國家儀器公司開發(fā)的編程軟件，采用圖形化的編程方式，使開發(fā)過程更加直觀、簡單。LabVIEW自帶多種標準庫函數(shù)，如TCP/IP、ActiveX等，并支持GPIB、VXI、RS232等多種通信協(xié)議，可以方便地創(chuàng)建虛擬儀器，大大提高算法實現(xiàn)、儀器系統(tǒng)設(shè)計的效率。

圖3 C#調(diào)用Windows API函數(shù)

LabVIEW不能直接控制U1816X同軸開關(guān)，需要先用NI-VISA創(chuàng)建同軸開關(guān)的驅(qū)動[4]。在驅(qū)動向?qū)У挠布偩€類型中選擇“USB”后點擊“Next”；在USB設(shè)備選擇的“Device Id”中選擇與同軸開關(guān)VID、PID對應(yīng)的項，在其它顯示區(qū)中確認同軸開關(guān)設(shè)備信息是否正確。確認無誤后點擊“下一步”；在“創(chuàng)建驅(qū)動文件”中輸入驅(qū)動名和驅(qū)動文件保存路徑，點擊“下一步”后進入“安裝選項設(shè)置”，選擇第一項后點擊Finish即可創(chuàng)建驅(qū)動文件，驅(qū)動向?qū)Ⅱ?qū)動自動安裝到系統(tǒng)中。同軸開關(guān)驅(qū)動安裝后如圖4所示。

LabVIEW需要調(diào)用VISA與同軸開關(guān)建立通信連接。VISA輸入控件類型應(yīng)設(shè)置為USB Raw，VISA輸入控件會自動查找電腦中已安裝的設(shè)備，并形成列表，在前面板中根據(jù)同軸開關(guān)的VID和PID選擇對應(yīng)項即可；向同軸開關(guān)寫入控制命令可通過調(diào)用“VISA寫入”實現(xiàn)。需要選擇中斷方式控制同軸開關(guān)[5]；程序框圖如圖5所示。

4 結(jié)束語

本文提出了性能測試遠程控制的方法。通過在C++、C#及LabVIEW下不同控制方法的實現(xiàn)，解決了同軸開關(guān)在多開發(fā)環(huán)境下的使用與集成問題，為實現(xiàn)電子設(shè)備可靠性試驗性能測試遠程控制提供參考。

圖4 通過NI-VISA安裝的U1816X驅(qū)動

圖5 U1816X通信程序框圖